科學家做過實驗，水在105攝氏度時能夠結冰，到底是什麼原因？
優美生態環境保衛者優質創作者由於這種實驗結果與我們日常生活中所接觸的現象出入很大，是一種反直覺的現象，實驗結果的產生，要依賴於各種超常規條件的組合才能引發，日常生活以及簡單實驗中根本無法碰到，所以就給我們一種錯覺，認為這是反物理現象，實則不然。從水的分子結構來看，無論是固、液、氣何種相態，氫原子和氧原子之間都通過化學鍵相連，這就是化學中我們常說的氫－氧鍵，除這個化學鍵之外，每個水分子與周圍其它的水分子之間，還存在著一種比較微弱的結合力作用，那就是氫鍵，一般情況下1個水分子會與周圍4個水分子以氫鍵相連。假如氫鍵的結合力越強，那麼意味著水分子之間的連接程度就越緊密，越不容易分開，水分子的流動性就越弱，那麼水的形態就有向著固態方向演變的趨勢；反之，則更傾向於液態或者氣態。 科學家們通過大量的實驗研究表明，能顯著影響水在固、液、氣三個相態之間轉換的因素，主要取決於水的溫度和所受到的壓強。不同的溫度和壓強條件組合，會直接影響著水所處的相態。據此，科學家們繪制出了水的相態變化圖。從下圖中我們可以明顯看出，整個平面區域被劃分為三個顏色不同的區域，橙色代表氣態，綠色代表液態，藍色代表固態，而橫軸代表的是溫度，縱軸代表的是壓強。從該圖中，我們可以很容易地根據溫度和壓強數值，找到它們的交點，那麼交點所對應的區域，即代表在該條件下水的相態模式。比如在100個標准大氣壓（10MPa）、200攝氏度時，水就呈現出液態。 通過這個水相態圖，我們同時還發現，整個藍色的區域即水的固態所占區域面積，要比液態和氣態大得多，而且水的固態區域還被劃分為若幹小的區域，分別用羅馬數字符號來表示（比如XI、VII等）。這種情況表明，在滿足將水變為固態的溫度－壓強條件下，通過改變不同的組合方式，也可以得出具有一定物理性質差異的固態水，也就是說水分子在結晶排列的規律上會有所差異。例如，在20攝氏度室溫、1萬個標准大氣壓下，水的固態形式為VI（六號冰）；而在100攝氏度、壓強為10萬個標准大氣壓下，水的固態形式則為VII，即 “七號冰”。 通過研究發現，水之所以會形成固態，有兩種結晶的方式，一種是不均相成核方式，就是通過已經結晶的水分子吸附作用、或者在雜質表面吸附水分子，通過特定的溫度－壓強組合形成的各向異性結晶模式，我們日常生活中經常看到的水的結冰現象，就是這種模式。另一種是瞬態成核結晶模式，主要是通過熱漲落在瞬間所形成的巨大沖擊波，使液態水沒有恢複原有狀態之前發生了結晶現象。 2018年，科學家們在地下500公里處，發現的一顆鑽石中包裹有些許結晶態水分子，這些水分子和碳原子都在地下深處，由於高溫高壓環境發生同時發生結晶，然後部分結晶的水分子就被“封印”在了碳原子的結晶體中。後來隨著地底地質活動的影響，結晶的碳原子逐漸被帶到地殼上層形成鑽石，而封在內部的水分子，由於鑽石內部高壓依然存在，所以一直保持著高壓下的“七號冰”的形態。假如帶到地面上的這個鑽石，外部發生了破損，那麼裏面的超高壓環境瞬間恢複為正常氣壓，那麼裏面的結晶水分子也會瞬間演化為液態水分子。 由於“七號冰”的結晶，只受到初始結晶水分子排列規律的影響，因此理論上它的結晶擴散速度非常快，有科研機構預測，可以達到1500公里/小時以上，並且具備著優異的導熱導電性能，所以有網友腦洞大開，說“七號冰”如果在地球海洋中出現，那麼很快地球上的海洋將全部結成冰。實際上，這種猜測是站不住腳的，因為“七號冰”的形成有嚴格的環境條件，特別是壓強要非常高，至少要有1.5萬個標准大氣壓以上，在自然條件下，除了剛才提到的地球內部具備這樣的條件外，即使是海洋的最深處也遠遠達不到這樣的壓強條件，所以七號冰在地球表面根本不可能存在，現有的“七號冰”也僅僅在實驗條件下才能夠被觀測到。 《科學家做過實驗，水在105攝氏度時能夠結冰，到底是什麼原因？》完，請繼續朗讀精采文章。 喜歡 小編的世界 e4to.com，請記得按讚、收藏及分享！
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